6.能量效率设计(design for energy efficiency): 应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源。如
有可能合成应在常温和常压下进行。 7.使用可再生原料(use renewable feedstocks):
只要技术和经济上可行，原料应是可再生的，而不是将耗竭的。 8.减少衍生物(reduce derivatives):
分离剂 2
分离——精制、提纯、浓缩、纯化、除杂、富集、 分级、隔离
分离剂
能量分离剂 机械能、光能、电能、磁能、热量、冷量
质量分离剂 溶剂、吸收液、吸附剂、交换树脂、表面活性剂、酸、碱、
化学反应、过滤介质、助滤剂、膜等
二、分离过程分类
分离过程
机械分离过程 传质分离过程
毒的物质。 11.防止污染的快速分析(real-time analysis for pollution prevention):
分析方法须进一步发展，以能够进行即时的和在线的跟踪及控制 有害物质的生成。 12.本身安全、能防止意外事故的化学(inherently safer chemistry for accident prevention):
分离
第n工艺过程
成品
2、化工过程的分层次设计
化工过程的组织和设计采用分层次设计方法。
（1）核心层：化学反应过程。 化学反应是物质发生化学变化的唯一途径，也是组织工
艺过程的基本出发点，是化工过程的核心 。 （2）第二层：分离操作系统 。
原料需要通过分离单元操作使之纯化后进行反应，化学 反应后产生的混合物也需要依据组分之间的物性差别进行分 离。
宜采用间歇反应器或活塞流反应器。
五、反应器控制参数
1.反应物浓度 2.反应器温度 3.反应器压力 4.相态（气、液、固） 5.催化剂
1、反应物浓度
A）不可逆反应：选择反应物过量的目的是使下一步分离过程中难 以分离的组分减少或完全转化。 B）可逆反应：向一个平衡系统过量加入一种反应物，则反应向减 少这种物质的方向移动，即增加平衡转化率。 C）反应中存在惰性物质，应尽量使其减少。 D）随着反应的进行，连续移走产物，会增加平衡转化率。
4、相态
液相比气相具有较高的反应浓度，因此反应速度快，反应器体积 小。
第四节 反应过程的合理选择与设计
遵循“绿色化学12条原则”
1.预防（prevention)： 防止废物产生优于废物产生后再处理或清理
2.原子经济性（atom economy）： 应设计合成方法使其能把反应过程中利用的所有材料尽可能 多地转化到最终产物中
吸收
乙醛+水+酒精
汽化
+催化剂
氧化反应
乙醛+水+酒精
冷却
蒸发
浓乙醛
酒精+水
分离 水
酒精
第二步反应的工艺过程
催化剂
浓乙醛 +空气
氧化反应
醋酸+副产物 +催化剂
低沸副产物
分离
醋酸
蒸发 催化剂
醋酸+催化剂
化工工艺流程的模型
原料
预处理
第一步反应
第一工艺过程
分离
中间半成品
中间缓冲罐
……
中间缓冲罐
预处理
第n步反应
反应分离与聚合
墨水、染料、皮革
醇酸树脂、涤纶
二甘醇 ……. 三甘醇 …….
医药、化妆品等
醇解或 水解
单体
…….
绿色石油化工的生产链——如环氧乙烷的深度加工，及再生资源的循
…….
环利用
合理生产链及其优化与产品结构的及时调整
20世纪末期，美国商业部作了一项统计，以石油作基准计 算，如果作为燃料烧掉价值为1的话，若把它全部分离为“基本 原料”，则价值增至2，若合成出“通用化学品”将增值至4， 进一步制成“精细化学品”将增值至8，最终制成“专用化学品” 增值至106，其价值比值为1:2:4:8:106。
原料
未反应原料循环
预处理
化学 反应
分离
副产品 或杂质
产品
能量的输入/输出
以乙醇为原料生产乙酸的化工过程，反应分两步进行：
C2H5OH + O2 → CH3CHO + H2O+173.1kJ/mol ……①
CH3CHO + O2 → CH3COOH +Q放
……②
第一步反应的工艺过程
酒精
配料
水
酒精+空气
（3） 第三层：能量的输入/输出。 反应系统和分离系统的物质流动引起了系统内物质质
量的变化，同时也伴随有系统能量的变化，化学反应热的输 入和输出、分离过程的能量输入和输出则需要在第三个层次 的设计中获得解决。 （4）第四层：过程的信息处理。
现代化工生产中都离不开对相关物流和设备的各种信息 的测量、记录、显示和控制，各个单元设备的物位（液位、 温度、压力等）和流率的测量、记录、显示，并根据工艺要 求对上述工艺参数进行控制和调节。
国际制造业业竞争焦点：我国必须向精品高端制造强国前 进。
第五节 分离过程
通常分离装置在化工厂基建投资中 占50～90%的比重。
原料
分离
（1）保证： 平衡转化率， 反应速率；
（2）催化 剂对毒物的 要求
化学反应
分离
（1）未反 应原料的回 收；
（2）副反 应产物分离， 产品提纯
产品
一、分离过程的特征
循环进料
冷却水
进料
蒸汽
进料+产品 +副产品
冷却水
蒸汽
反应器
冷却水
蒸汽
产品
副产品
第三层：增加了热集成的工艺过程（1）
循环进料
冷却水
蒸汽
反应器
冷却水
冷却水
进料
蒸汽 副产品
蒸汽 产品
第三层：增加了热集成的工艺过程（2）
循环进料
冷却水
蒸汽
反应器
冷却水
冷却水
进料
蒸汽 副产品
蒸汽 产品
第三节 化学反应过程
应尽可能避免不必要的衍生化（阻断基团，保护／脱保护，物理和化 学过程的暂时修饰）因为这些步骤需要添加试剂并可能产生废物。
9.催化(catalysis): 催化试剂（有尽可能好的选择性）优于化学计量试剂。
10.降解设计(design for degradation): 应设计化工产品使其在完成使命后不在环境中久留，并降解为无
三、 反应过程的设计参数
1、化学平衡
aA + bB →dD + eE
PDd .PEe PAa .PBb

KP
CDd .CEe
C
a A
.CBb
KC
2、 转化率
xA =
nA0 nA nA0
3、 选择性
aA → pP → sS
β = (np np0) / p (nA0 nA) / a
4、 收率
3)甲醇羰基合成法：（20世纪70年代后）
cat. CH3OH+CO → CH3COOH
催化效率高，转化率高，产品纯度高、三废少。是目前醋酸生产的 主流方法。 4)粮食发酵法： 以淀粉为原料，采用醋酸菌发酵生产醋酸。 随着现代生物化工技术的发展，粮食发酵生产醋酸的成本不断降低， 由粮食成产醋酸将成为可能。
2、反应器温度
对于吸热反应，反应温度应为最高允许温度。 对于不可逆放热反应，反应温度应为最高允许温度。 对于可逆放热反应，反应温度应随反应转化率的增加而逐步降低。 还可采用冷激和热激等方法。
3、反应器压力
对摩尔数减少的系统，应采用高压反应。 对摩尔数增加的系统，压力应随着转化率的增加而逐渐降低。可采 用降低操作系统的绝对压力或向反应系统加入稀释剂以降低反应物 组分的分压。 以提高反应选择性或转化率为目标。
动下，依靠传递速率的差异进行分离的过程称为速率控 制分离。 反应分离是指通过输入能量，促进反应达到物质转化而 分离的过程。
应用能量分离剂的分离过程
蒸发 闪蒸 精馏 结晶 固体干燥 冷冻干燥 凝华 区域熔融 ……
应用质量分离剂的分离过程
汽提 吸收 萃取 超临界萃取 沥取和洗涤 吸附 沉淀 离子交换 层析 浮选
平衡过程 速率控制过程 反应过程
机械分离过程
过滤 沉降 离心分离 旋风分离 静电分离 磁力分离 压榨 ……
非均相体系
传质分离过程
以物质传递为主的分离过程，处理的是均相混合物。 通过输入分离剂，使混合物系形成新的相，并利用相间
平衡关系进行分离的过程称为平衡分离。 通过某种介质，在压力、温度、浓度、电势等梯度等驱
速率控制过程的分离过程
扩散 渗析 电渗析 渗透蒸发 气体渗透 反渗透 超滤 液膜 凝胶过滤 分子蒸馏 超速离心机 电泳
三、 分离因子
xi1
ij xi2 x j1
二、反应自由能的计算
反应 aA + bB →dD + eE 则 ΔG = ∑γiμi = （dμD + eμE）－（aμA+bμB）≤ 0
按照反应的自由能，可以给出反应路线的一个大致的评价准则： 1.ΔG＜0，即ΔG取负值，这反应是可能的。 2.ΔG＜40kJ/mol，即ΔG是较小的正值，这反应值得考虑。 3.ΔG＞40kJ/mol，则该反应只有在特定的情况下才能考虑。
一、反应路线的选择（乙酸生产）
1)乙炔氧化法：（20世纪50年代以前）
HC≡CH
H→2OCH3CHO
[O] → CH3COOH
以煤和天然气为基础原料，成本较高。
2)乙烯氧化法：（20世纪60年代以后）
[O]
[O]
HC=CH → CH3CHO → CH3COOH